RS20191004A1

RS20191004A1 - Naprava i postupak za hlađenje svežeg betona pri povišenim temperaturama

Info

Publication number: RS20191004A1
Application number: RS20191004A
Authority: RS
Inventors: Željko Zečević
Original assignee: Zecevic Zeljko
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2021-02-26
Also published as: US12565453B2; US20240002298A1; EP4214033A1; WO2021025569A1

Abstract

Naprava i postupak za hlađenje svežeg betona pri povišenim temperaturama omogućavaju efikasno hlađenje svežeg betona što je ostvareno tako što predmetnu napravu čine: rashladna stanica (1) sa merno-regulacionom opremom (2) i sigurnosnom opremom (3), elektromagnetni ventili (5), transmiter pritiska (6), kriogeni zaporni ventili (7), kolektor (17) izrađen od prohromskih cevi sa temperaturnim sondama (8), betonska mešalica (9) i manometar (10) sa sigurnosnim ventilima (11). Postupak hlađenja svežeg betona tečnim azotom u mešalici sprovodi se na sledeći način: najpre se ubacuje agregat-separisani šljunak, zatim cement, pa voda i na kraju po potrebi aditivi-hemijski dodaci. Zamešavanje dodatih sirovina traje od 15-20 sekundi, dok se ne dobije homogena smeša, nakon čega se ubacuje tečni azot pri pritisku od 6 bara, nakon čega se i pri spoljnim temperaturama od 30-35°C dobija ohlađeni svež beton na kome se na površini ne javljaju naprsline i pukotine.

Description

НАПРАВА И ПОСТУПАК ЗА ХЛАЂЕЊЕ СВЕЖЕГ БЕТОНА

ПРИ ПОВИШЕНИМ ТЕМПЕРАТУРАМА

ОБЛАСТ ТЕХНИКЕ

Предмет проналаска уопштено посматрано спада у област грађевинарства, а конкретно се односи на направу којом се кроз посебно дефинисан поступак остварује ефикасно хлађење свежег бетона на температурама ваздуха вишим од 30° С за које се подразумева да су посебни услови бетонирања.

Према Међународној класификацији патената (МКР) Int.cl. 2018.01 предмет проналаска је разврстан, односно класиран и означен основним класификационим симболом С04В 40/00 којим су дефинисани поступци, уопште, који утичу на својства састава за малтере, бетон или вештачки камен или их модификују, нпр. на способност везивања или очвршћавања.

Како је предметним проналаском обухваћена и направа која омогућава спровођење предметног поступка то проналазак може бити означен и секундарним класификационим симболом В28С 5/00 којим су дефинисане машине или поступци за производњу мешавина цемента са другим материјалима, нпр. суспензијама глине, малтерима, порозним или влакнастим саставима. Пошто се поступком хлађења управља помоћу посебно програмираних PLC уређаја то проналазак може бити означен још једним секундарним класификационим симболом В28С 7/00 којим је обухваћено управљање уређајима за припремање мешавина глине или цемента са другим материјалима и дозирање састојака за припремање мешавине глине или цемента.

ТЕХНИЧКИ ПРОБЛЕМ

Технички проблем који се решава предметним проналаском састоји се у следећем: како дефинисати направу која, на месту градње, односно извођења радова на бетонирању, током летњих месеци, односно када је температура свежег бетона преко 30° С, па и преко 35° С, омогућава поступак контролисаног хлађења свеже бетонске мешавине течним азотом на жељену температуру, спуштањем температуре бетонске смеше до 15° С, при чему се на тај начин остварују нижа капитална улагања, флексибилан капацитет хлађења, смањење простора за уградњу опреме, контролисана потрошња азота, смањење трошкова охлађеног бетона за 2-4,5 евра по метру кубном, краће време испоруке опреме и њено пуштање у рад, као да је употреба опреме, према проналаску, једноставна, лака за руковање, коришћење и одржавање.

СТАЊЕ ТЕХНИКЕ

Према важећем ПАБ 87 - Правилнику о техничким нормативима за бетон и армирани бетон предвиђено је да највиша температура свежег бетона који се не уграђује посебним поступцима предвиђеним за темпериране бетоне не сме бити виша од 30° С. Ако је средња дневна температура ваздуха виша од 30° С, потребно је предузети посебне мере очвршћавања бетона прописане и обавезујуће овим Правилником. Уграђивање бетона при спољним температурама вишим од 30° С сматра се бетонирањем у посебним условима.

Појам повишених температура средине у технологији бетона, осим температура ваздуха преко 30° С, имплицира још и присуство два додатна, такође неповољна фактора - ниску релативну влажност ваздуха и повећану брзину ветра. Сви наведени чиниоци условљавају следеће:

- потребу за већом количином воде у бетону, ради обезбеђења захтеване технологичности свежег бетона,

- брзу промену конзистенције и скраћивање времена почетка везивања цемента, - брзо испаравање воде преко отворених површина уграђеног бетона праћено великим пластичним скупљањем бетона,

- настанак прслина и пукотина на површини бетона, као последица пластичног скупљања,

- повећање хидратационог и хидрауличког скупљања,

- одређено смањење номиналне (крајње) чврстоће и погоршање других својстава бетона, укључујући и његову трајност,

- потребу за предузимањем низа мера технолошког карактера којима ће се обезбедити добијање елемената и конструкција захтеваних перформанси.

Проблеми израде квалитетног свежег бетона посебно су изражени током лет- њих месеци када цемент који се довози у фабрику бетона има температуре између 60°С и 70°С, а агрегати који се користе за производњу свежег бетона имају температуру између 30 и 35° С.

При томе треба имати у виду да вода која се користи у производњи свежег бетона има температуру између 10° С и 15° С, па се мешањем ових компоненти производи свеж бетон чија је температура преко 30° С, најчешће 32-33° С.

Мере и методе које се данас најчешће користе ради хлађења свежег бетона се остварују:

- Убацивањем уситњеног леда директно у мешалицу (при чему је овом методом, због ограничености и контроле wc-фактора температуру свеже бетонске мешавине може спустити максимално за 3-4° С;

-Хлађењем цемента течним азотом, као једном од компоненти у смеши за производњу свежег бетона, при чему се цемент који се испоручује фабрикама бетона хлади применом течног азота из цистерни током утакања цемента у цементне силосе. Важно је напоменути да овај поступак има ограничено време деловања. Наиме, цемент који се унапред охлади на жељену температуру и смести у магацин-силосе, после одређеног времена почиње да се загрева што знатно умањује ефекат хлађења свежег бетона. Применом овог поступка температура свеже бетонске мешавине не може бити нижа од 3-4° С од улазне. При томе треба имати у виду да цена трошкова по метру кубном са улазном ценом азота од 135 евра/t износи од 8-12 евра/м<3>охлађеног бетона.

- Хлађењем воде убацивањем леда у „проточни" резервоар за воду, при чему такође треба имати у виду да овај поступак служи као помоћно средство, а уз то што поред трошкова обезбеђења леда и проширења капацитета производње омогућава смањење температуре свеже бетонске мешавине максимално до 2° С.

- Изградњом надстрешнице изнад боксова за агрегат, чиме се осварује да његова температура буде нижа за 10-15° С, чиме се, на овај начин, температура свежег бетона смањује до 1,5° С.

Поред напред наведених метода често се примењује изолација бубња ауто-мешалице „филцом", који се потом кваси водом чијим испаравањем се температура бубња снижава до ~10° С. Овако изолованом ауто-мешалицом, остварено је да се справљени бетон приликом транспорта греје спорије услед смањеног дејства спољних сунчевих зрака којима је иначе бубањ директно изложен. У пракси се такође врши фарбање силоса за складиштење цемента у бело, чиме се смањује упијање сунчевих зрака што за последицу има ефекат споријег грејања цемента у силосима, а самим тим и већу флексибилност температуре улазних компоненти.

Прегледом доступне домаће и стране патентне документације пронађено је следеће:

У објављеној немачкој пријави DE 3623723 A1, објављеном 28.1.1988. приказан је проналазак под називом „Поступак и уређај за производњу свежег бетона користећи цемент који је претходно охлађен течним азотом". Према овом решењу течни азот се убризгава у силос за цемент истовремено са цементом. На овај начин обезбеђен је добар пренос топлоте на компоненте које чине бетон уз ефикасно хлађење цемента на једноставан начин. Овакво решење има своје предности али је проблем у томе што се цемент приликом транспорта загрева, као и услед стајања ако се не употреби у кратком временском року након хлађења.

У признатом европском патенту ЕР2077933 В1 објављеног 10. 4. 2008. под називом „Метод и уређај за производњу свежег охлађеног бетона", приказан је метод и уређај за производњу свеже хлађеног бетона које се изводи додавањем течног азота кроз доводну воду у пнеуматски пуњач. Том приликом течни азот испарава одмах након контакта са цементом а повећање притиска доводи до краткотрајног прекида у транспорту цемента. Као резултат овог процеса јавља се периодично издувавање прашине што доводи до еколошких проблема у средини где се врши хлађење бетона. Према проналаску описано је решење према коме постоје две доводне линије које по- везују доводни силос и јединицу за мешање, при чему се део протока материјала за мешање преусмерава кроз расхладну јединицу у којој бетонска смеша долази у контакт са расхладним материјалом и тако долази до процеса хлађења. За остваривање процеса хлађења користе се криогени материјали нпр. азот или угљен-диоксид.

У техничкој литератури из ове области немачка фирма Messer Group дала је више описа техничких решења хлађења бетона помоћу течног азота који су базирани на хлађењу цемента приликом његовог уношења у силосе. Оваква решења имају недостатак који се огледа у томе да се цемент мора користити у краћем временском року јер услед високих температура неминовно долази до његовог загревања, а самим тим и проблема који се јављају код бетона који приликом уградње има вишу температуру од оне која је оптимална за дате услове.

ИЗЛАГАЊЕ СУШТИНЕ ПРОНАЛАСКА

Суштина проналаска огледа се у томе што је, према идеји аутора, дефинисана направа којом се остварује ефикасан поступак хлађења свеже бетонске мешавине течним азотом у мешалици, која се састоји од: расхладне станице са мерно-регулационом и сигурносном опремом израђеном од бешавних прохромских цеви AISI304L, 21,3x2,77 mm sch40S, са четири електромагнетна вентила, трансмитером притиска, четири ручна криогена запорна вентила, две температурне сонде за мерење температуре свежег бетона у бетонској мешалици, манометром, четири сигурносна вентила, учвршћених на прохромски рам израђен од кутија 50x50x2 mm, контролног ормана са PLC-ом и елементима за аутоматско управљање, контролне кутије са дисплејом и тастером за даљинско управљање радом опреме за хлађење бетона из контејнера, где је смештен руковалац и колектора израђеног од бешавних прохромских цеви AISI304L, 33,4x2,77 mm sch10S, месингане дизне уграђене на цевима AISI304L, 21,3x2,11 mm sch10S, холендерски прикључци за дизне за инјектирање течног азота у бетонску мешалицу у току поступка мешања бетона.

Суштину проналаска представља и то што се количина течног азота за хлађење свеже бетонске мешавине, убризганог директно у мешалицу, аутоматски контролише преко контролног ормана и магнетних вентила. На тај начин се потрошња-утрошак течног азота по метру кубном знатно смањује и креће у распону од 25-38 килограма по метру кубном (што је до четири пута мање од потрошње применом уобичајених технологија).

Суштину проналаска представља и то што се применом предметне направе постиже смањење простора за уградњу опреме, скраћује време испоруке опреме и пуштања у рад, поједностављује коришћење и одржавање и знатно смањују трошкови коштања по једном кубном метру охлађеног свежег бетона.

Новост проналаска огледа се и у томе што је применом поступка дефинисаног проналаском, коришћење течног азота за хлађење бетона остварено без негативних утицаја на конзистенцију, обрадивост, садржај ваздуха, време очвршћавања и wc-фактора код свежег бетона.

Оно што овај проналазак чини суштински другачијим је то да се употребом контролног ормана са PLC елементима за аутоматско управљање процесом производње постиже хлађење бетона на жељену температуру, при чему је омогућено спуштање температуре бетонске мешавине и до 15° С.

Свакако да се највећа новост проналаска огледа у дефинисању једноставног поступка за хлађење бетонске мешавине која се по унапред одређеној рецептури, саставу и mas./% сировина, након прецизног дозирања компоненти уноси у мешалицу следећим редоследом: најпре се убацује агрегат-сепарисани шљунак, затим цемент, па вода и на крају по потреби адитиви-хемијски додаци. Замешавање унетих сировина траје од 30-40 секунди, до добијања хомогене смеше, при чему се приликом трајања овог процеса након 15 секунди цевоводом из резервоара течног азота, при притиску од 6 бара, кроз инсталиране млазнице врши инјектирање течног азота у свежу бетонску мешавину. Том приликом, током поступка замешавања, течни азот у додиру са компононтама бетонске мешавине испарава и тако је хлади на задату температуру, а испарени гасовити азот и ваздух излазе кроз филтер на врху цевовода који је повезан са мешалицом. На тај начин се и при спољним температурама од 30-35° С добија охлађени свеж бетон на коме се, на површини, не јављају напрслине и пукотине које иначе настају као последица повишених температура бетона услед пластичног скупљања узрокованог брзим испаравањем воде преко отворених површина уграђеног бетона.

Значајно је напоменути да се оваквим поступком повећава брзина конзистенције и скраћује време почетка везивања цемента.

У односу на до сада позната техничка решења, предметни проналазак има више предности од којих се најзначајније наводе и то:

- контролисано хлађење бетонске мешавине уз контролисану потрошњу азота, - нижа капитална улагања,

- краће време испоруке опреме и пуштања у рад и њено поједностављено коришћење и одржавање и

- смањен простор за уградњу опреме.

КРАТАК ОПИС СЛИКА НАЦРТА

У циљу лакшег разумевања проналаска, аутор се само примера ради, позива на приложени нацрт пријаве и где:

- Слика 1, представља технолошку шему направе која омогућава поступак хлађења свеже бетонске мешавине течним азотом у мешалици.

ДЕТАЉАН ОПИС ПРОНАЛАСКА

Познато је да се бетон у основи прави од три основна састојка: агрегата 70-80%, воде 5-10% и цемента 10-20%. Бетон очвршћава после мешања и уграђивања, услед хемијског процеса који се назива хидратација. Вода реагује са цементом, који очвршћава и повезује остале компоненте у смеши, чиме се на крају добија тврд „камени" материјал. Термин „бетон" у општем случају означава широк спектар вештачких грађевинских материјала композитног типа који се добијају агломерацијом зрна врло различитих типова агрегата. Агломерација подразумева и примену одређених везивних супстанци. Имајући у виду овакву дефиницију, произилази да се начелно може говорити о гипс-бетону, креч-бетону, бетону на бази воденог стакла, асфалт-бетону и другим. Најширу примену несумњиво имају бетони код којих се као везиво користи цемент, и које би формално требало звати цемент-бетонима, али је у пракси уобичајено да се материјали овог типа називају само бетонима који се користе највише од свих вештачких материјала на свету, пре свега за прављење путева, зграда, темеља, мостова, „камених" блокова итд.

Сазнања и проблеми везани за употребу свежег бетона који су нарочито изра -жени током летњих месеци када цемент који се довози у фабрику бетона има тем -пературу између 60° и 70° С, а агрегати који се користе за производњу свежег бетона имају температуру 30 до 35° С, при чему вода која се користи у производњи свежег бетона има температуру између 10° и 15° С и доводе до тога да свеж бетон има температуру најчешће до 32-33° С. Овакав бетон се сматра неквалитетним и веома брзо показује настанак напрслина и пукотина на површини, које се јављају као последица пластичног скупљања.

Решење овог проблема представљало је основ на коме је реализована проналазачка идеја о дефинисању направе која омогућава поступак ефикасног хлађења свежег бетона при повишеним температурама помоћу течног азота, при чему је направа тако конципирана да се њом прецизно одређују температуре снижавања топлоте бетона и контрола током целокупног поступка бетонирања.

Ово је остварено тако што се направа према проналаску састоји од: расхладне станице 1 са мерно-регулационом опремом 2 и сигурносном опремом 3, помоћу бешавних прохромских цеви 4 (AISI304L, 21,3x2,77mm sch40S), преко четири електромагнетна вентила 5 спојеном са трансмитером притиска 6 и преко четири ручна криогена запорна вентила 7 повезана са колектором 17 на коме су изведене две температурне сонде 8 за мерење температуре свежег бетона у бетонској мешалици 9 и манометар 10 са четири сигурносна вентила 11. Расхладна станица 1 је учвршћена на прохромски рам 12 израђен од кутија 50x50x2 mm, чијим радом управља контролни орман 13 са PLC-OM 14 и елементима 15 за аутоматско управљање, контролна кутија 16 са дисплејом и тастером за даљинско управљање радом опреме за хлађење бетона из контејнера где је смештен руковалац. Колектор 17 израђен од бешавних прохромских цеви (AISI304L, 33,4x2,77mm sch10S) повезан је са резервоаром течног азота 21 и преко месинганих дизни 18 уграђених на цевима (AISI304L, 21,3x2,11mm sch10S) са холендерским прикључцима 19 омогућава инјектирање течног азота у бетонску мешалицу 9. Број месинганих дизни 18 зависи од запремине мешалице 9.

Направа према проналаску обезбеђује инјектирање течног азота директно у мешалицу 9 након 15-20 секунди мешања компоненти бетона, чиме је коришћење течног азота за хлађење свежег бетона остварено без негативних утицаја на конзистенцију, обрадивост, садржај ваздуха, време очвршћавања и wc-фактор код свежег бетона.

Овако инјектиран азот, који је иначе инертан гac, који током хлађења хемијски не реагује са осталим компонентама у смеши бетона, делимично бива ослобођен у атмосферу без икаквих еколошки негативних последица, што је за сам поступак примене веома значајно с обзиром на све строжије прописе ПАБ 87 и осталих националних и међународних прописа који се односе и важећи су и обавезујући, а према којима температура свежег бетона не сме бити виша од 30° С.

Сам поступак хлађења свежег бетона течним азотом у мешалици спроводи се на предметној направи једноставно уз флексибилан капацитет хлађења контролисану потрошњу азота и контролисање хлађења бетонске мешавине на жељену температуру на следећи начин: најпре се убацује агрегат-сепарисани шљунак, затим цемент, па вода и на крају по потреби адитиви-хемијски додаци. Замешавање додатих сировина траје од 30-40 секунди, док се не добије хомогена смеша, при чему се након 15-20 секунди мешања, цевоводом од резервоара 21 за течни азот, при притиску од 6 бара, кроз инсталиране млазнице, врши инјектирање течног азота у свежу бетонску мешавину, приликом чега течни азот у контакту са свежом бетонском мешавином испарава и тако је хлади на задату температуру, а испарени гасовити азот и ваздух излазе кроз филтер 20 на врху цевовода који је повезан са мешалицом 9. Овако свежа охлађена бетонска мешавина се транспортује до места уградње.

НАЧИН ИНДУСТРИЈСКЕ ИЛИ ДРУГЕ ПРИМЕНЕ ПРОНАЛАСКА

Индустријски или други начин остваривања поступка хлађења свежег бетона при повишеним температурама, према овом проналаску, апсолутно је могућ помоћу направе и параметрима који су наведени у овом опису.

Стручњаци из предметне области могу без икаквих проблема извести направу и спровести поступак за производњу свежег бетона, на температури дефинисаној прописима РВАВ 87, важећим и обавезујућим за ову област.

У складу са добрим резултатима огледних испитивања, спроведеним у условима посебно високих температура, на градилишту брзе пруге Чортановци-Сремски Карловци утврђено је да се применом проналаска, остварује хлађење свежег бетона течмим азотом без икаквих негативних утицаја на конзистенцију, обрадивост, садржај ваздуха и време учвршћивања.

Claims

ПАТЕНТНИ ЗАХТЕВИ

1. Направа за хлађење свежег бетона при повишеним температурама, назначена тиме, што се састоји од: расхладне станице (1) са мерно-регулационом опремом (2) и сигурносном опремом (3), помоћу бешавних прохромских цеви (4), преко четири електромагнетна вентила (5) спојеном са трансмитером притиска (6) и преко четири ручна криогена запорна вентила (7) повезана са колектором (17) на коме су изведене две температурне сонде (8) за мерење температуре свежег бетона у бетонској мешалици (9) са филтером (20), манометром (10) и са четири сигурносна вентила (11), и тиме што је расхладна станица (1) учвршћена на прохромски рам (12) израђен од кутија, и тиме што контролни орман (13) садржи PLC (14) и елементе (15) за аутоматско управљање, и тиме што контролна кутија (16) има дисплеј са тастером за даљинско управљање радом опреме за хлађење бетона из контејнер, и тиме што је колектор (17) израђен од бешавних прохромских цеви повезан са резервоаром течног азота (21) месинганим дизнама (18) уграђеним на цевима са холендерским прикључцима (19).

2. Поступак за хлађење свежег бетона при повишеним температурама, назначен тиме, што се у мешалицу (9) најпре уноси агрегат-сепарисани шљунак, затим цемент, па вода и на крају по потреби адитиви-хемијски додаци у задатим и тачно одмереним масеним процетима, након чега почиње поступак замешавање унетих сировина којима се након 15 секунди цевоводом, под притиском од 6 бара убацује течни азот, а затим се поступак наставља у укупном трајању од 30-40 секунди, до добијања хомогене смеше, која се потом охлађена на захтевану температуру транспортује до градилишта.